Der axiomatische Ursprung der Formel E = mc² - Ekkehard Friebe
Der axiomatische Ursprung der Formel E = mc² - Ekkehard Friebe
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<strong>Der</strong> <strong>axiomatische</strong> <strong>Ursprung</strong> <strong>der</strong> <strong>Formel</strong> E = <strong>mc²</strong><br />
von <strong>Ekkehard</strong> <strong>Friebe</strong>, München<br />
<br />
In mo<strong>der</strong>nen Lehrbüchern wird behauptet, die <strong>Formel</strong><br />
E = <strong>mc²</strong><br />
(mit E = Energie, m = träge Masse und c = Geschwindigkeit des Lichtes)<br />
sei von Albert Einstein erstmals gefunden worden. Diese Aussage beruht auf einer Vielzahl<br />
von Irrtümern.<br />
Jedem akademisch ausgebildeten Naturwissenschaftler ist die <strong>Formel</strong><br />
E = ½mv²<br />
(mit E = Energie, m = träge Masse und v = Geschwindigkeit im allgemeinen)<br />
als die kinetische Energie <strong>der</strong> klassischen Mechanik bekannt. Beide <strong>Formel</strong>n wi<strong>der</strong>sprechen<br />
sich, da die <strong>Formel</strong> E = ½mv² für alle Geschwindigkeiten, d.h. auch für v = c gilt.<br />
Es soll deshalb nachstehend <strong>der</strong> <strong>Ursprung</strong> bei<strong>der</strong> <strong>Formel</strong>n historisch analysiert werden.<br />
Damit folgen wir <strong>der</strong> These MAX JAMMERs: „Was eigentlich Physik ist, kann nur historisch<br />
verstanden werden“. (JAMMER, M.: „<strong>Der</strong> Begriff <strong>der</strong> Masse in <strong>der</strong> Physik“, Darmstadt,<br />
1964)<br />
Da E = ½mv² angeblich die ältere <strong>Formel</strong> ist, soll sie zunächst betrachtet werden. Sie<br />
hat ihren <strong>Ursprung</strong> im Fallgesetz, das GALILEI zugeschrieben wird. Dieses lautet in <strong>der</strong><br />
ursprünglichen Form:<br />
s = k·t²<br />
(mit s = Weg, t = Zeit und k = Proportionalitätskonstante)<br />
Es wird hiermit die quadratische Abhängigkeit des Weges von <strong>der</strong> Zeit entsprechend den<br />
Meßergebnissen von GALILEI an <strong>der</strong> schiefen Ebene (nicht am schiefen Turm von Pisa)<br />
zutreffend wie<strong>der</strong>gegeben. Aber mehr auch nicht!!!.<br />
GALILEI setzte nämlich - entgegen <strong>der</strong> natürlichen Erfahrung - als AXIOM fest:<br />
„Alle Körper fallen (im luftleeren Raum und extrapoliert auf den senkrechten Fall) gleich<br />
schnell.“ Experimentell konnte er das natürlich nicht beweisen, da ihm die Mittel zur<br />
Herstellung eines geeigneten VAKUUMS fehlten. Also beschränkte er seine Experimente<br />
an <strong>der</strong> schiefen Ebene auf spezifisch schwere Körper, bei denen <strong>der</strong> Luftwi<strong>der</strong>stand<br />
weitgehend vernachlässigt werden konnte.<br />
Nun gingen die theoretischen Physiker ans Werk. Sie versuchten zu ergründen, was die<br />
Proportionalitätskonstante in GALILEIs <strong>Formel</strong> bedeutete.<br />
Aber so einfach war die Sache nicht. Denn von den Experimenten GALILEIs an <strong>der</strong><br />
schiefen Ebene bis zur Formulierung einer <strong>Formel</strong> für die Lehrbücher ist in <strong>der</strong> Rückschau<br />
ein wechselvoller Gang <strong>der</strong> Dinge zu beobachten. Wie <strong>der</strong> bekannte Wissenschaftskritiker<br />
Gotthard Barth in seinem Buch: „<strong>Der</strong> gigantische Betrug mit EINSTEIN“, Verlag<br />
„Wissen im Werden“, Son<strong>der</strong>band 8, 1987, S. 9/10 berichtet, gab es in <strong>der</strong> Anfangszeit<br />
vier verschiedene Fallgesetze.<br />
Gotthard Barth ergänzt dazu (Zitat):<br />
„Für den ,Fachmann' ist jene <strong>Formel</strong> richtig, die er weiß, d.h., die er in <strong>der</strong> Schule auswendig<br />
gelernt hat. In unserer autoritären Schule wird den Schülern verboten, selbst zu denken<br />
o<strong>der</strong> gar Fehler <strong>der</strong> Autorität zu sehen. Da für den Fachmann die Unverletzlichkeit <strong>der</strong><br />
Autorität hoch über <strong>der</strong> Wahrheit steht, fehlt ihm auch jede Möglichkeit, einen erkannten
Fehler zu berichtigen. Wir sehen immer wie<strong>der</strong>, daß nicht durch mangelnde Intelligenz,<br />
son<strong>der</strong>n durch das Fehlen jeden ethischen Verantwortungsbewußtseins die Wahrheit<br />
unterdrückt wird.“ (Zitatende)<br />
<strong>Der</strong> historische Werdegang zur Schaffung eines mathematisch formulierten Fallgesetzes<br />
verlief etwa wie folgt:<br />
Die Theoretiker erkannten, daß folgende drei Größen in enger Beziehung zueinan<strong>der</strong><br />
standen:<br />
Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung<br />
Denn es ist:<br />
Also:<br />
Geschwindigkeit die erste Ableitung (Differentiation) des Weges nach <strong>der</strong> Zeit,<br />
Beschleunigung die zweite Ableitung (Differentiation) des Weges nach <strong>der</strong> Zeit.<br />
v = ds/dt und b = d²s/dt²<br />
(mit s = Weg, v = Geschwindigkeit b = Beschleunigung t = Zeit)<br />
Aus <strong>der</strong> <strong>Formel</strong> für die Differentiation (entnommen aus einem Mathematik-Lehrbuch):<br />
d/dx [x m ] = m·x m-1<br />
ergibt sich, angewandt auf GALILEIs <strong>Formel</strong> s = k·t² , wobei t an die Stelle von x tritt:<br />
v = d/dt [k·t²] = 2·k·t<br />
b = d/dt [2·k·t] = 2·k<br />
Es bestand nun die Möglichkeit, durch Definition (also axiomatisch) die Erdbeschleunigung<br />
g gleich k o<strong>der</strong> gleich b zu setzen. Das war zunächst noch frei wählbar, da <strong>der</strong><br />
numerische (empirische) Wert von g erst hinterher zugeordnet zu werden brauchte.<br />
Wählt man g = k = ½·b, so ergibt sich für GALILEIs Fallgesetz:<br />
s = g·t² Fallgesetz A<br />
(mit s = Weg, g = Erdbeschleunigung, t = Zeit)<br />
Wählt man g = b = 2·k, d.h. k = ½·g, so ergibt sich für GALILEIs Fallgesetz:<br />
s = ½·g·t² Fallgesetz B<br />
(mit s = Weg, g = Erdbeschleunigung, t = Zeit)<br />
Diese letzte <strong>Formel</strong> (Fallgesetz B) ist nun das Fallgesetz, wie man es heute in den<br />
Schulbüchern findet. Es wurde durch Experimente aus den theoretischen Möglichkeiten<br />
herausgefiltert.<br />
Geht man nun zur kinetischen Energie über, die über das klassische Energie-Erhaltungsprinzip<br />
durch Definition (also axiomatisch) so festgelegt ist, daß die Energie vor und<br />
nach einem Fall dieselbe ist, so ergibt sich für das Fallgesetz B (Masse und Beschleunigung<br />
je als konstant angenommen):<br />
E = Energie = Kraft mal Weg<br />
P = Kraft = Masse mal Beschleunigung = m·b = m·g<br />
s = Weg = ½·g·t² (Fallgesetz B)<br />
v = Geschwindigkeit = ds/dt = d/dt [½·g·t²] = g·t<br />
E = Energie = (m·g)·(½·g·t²) = ½·m·(g²·t²) = ½·m·v²<br />
Dies ist die kinetische Energie, abgeleitet aus dem Fallgesetz B.
Geht man von Fallgesetz A aus, bei dem s = g·t² ist, so ergibt sich offenbar:<br />
E = Energie = (m·g)·(g·t²) = m·(g²·t²) = m·v²<br />
Dies ist die kinetische Energie, abgeleitet aus dem Fallgesetz A.<br />
Wir haben also jetzt zwei Energiegesetze:<br />
E = ½·m·v² und E = m·v²<br />
Die Wi<strong>der</strong>sprüchlichkeit wird hier beson<strong>der</strong>s deutlich.<br />
Setzt man nun in die Gleichung E = m·v² (nach Fallgesetz A) anstatt <strong>der</strong><br />
Geschwindigkeit v die Lichtgeschwindigkeit c ein, so folgt unmittelbar die „Einsteinsche“<br />
<strong>Formel</strong>:<br />
E = m·c²<br />
------------------------------------------------------------<br />
Richtigstellung:<br />
Die obige Ableitung zur Bestimmung <strong>der</strong> kinetischen Energie ausgehend von Fallgesetz A ist fehlerhaft.<br />
Richtig gestellt muß die Ableitung lauten:<br />
E = Energie = Kraft mal Weg<br />
P = Kraft = Masse mal Beschleunigung = m·b = 2·m·g<br />
s = Weg = g·t² (Fallgesetz A)<br />
v = Geschwindigkeit = ds/dt = d/dt [g·t²] = 2·g·t<br />
E = Energie = (2·m·g)·(g·t²) = 2·m·(g²·t²) = 2·m·[½·v]² = ½·m·v²<br />
Es ergibt sich also nach Richtigstellung wie<strong>der</strong> <strong>der</strong> Ausdruck gemäß Fallgesetz B.<br />
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Albert Einstein ist also das Opfer eines fehlerhaften Lehrbuches geworden. Gegenüber<br />
an<strong>der</strong>en Wissenschaftlern seiner Zeit, die ähnliche Energieformeln gefunden hatten, war<br />
bei ihm allerdings eines neu:<br />
Die Behauptung, daß die Lichtgeschwindigkeit absolut konstant sei. Dies war sein<br />
eigener Fehler. Siehe hierzu:<br />
Dr. Joachim Meyer: „Was haben Tycho und Albert miteinan<strong>der</strong> gemein?“<br />
<br />
<strong>Friebe</strong>: „Das Energie-Erhaltungs-Prinzip - Ursache zahlreicher Mißverständnisse“<br />
<br />
Aufgrund vorstehen<strong>der</strong> Darlegungen wird auch <strong>der</strong> bemerkenswerte Satz von Professor<br />
Dr. Roman U. SEXL verständlich (Zitat aus WEBER / MENDOZA: „Kabinett physikalischer<br />
Raritäten“, 1. Auflg., hrsg. von SEXL, R. U., Verlag Friedrich Vieweg, Wiesbaden, Bd. 1<br />
<strong>der</strong> Reihe: „Facetten <strong>der</strong> Physik“, Seite 146):<br />
„Mathematikunterricht ist <strong>der</strong> systematische Mißbrauch<br />
einer eigens dazu erfundenen <strong>Formel</strong>sprache.“<br />
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Weitere Literatur: